Устройство для измерения высокого напряжения Советский патент 1985 года по МПК G01R13/40 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в контрольноизмерительной аппаратуре высоковольных электроустановок. Изобретение может быть также использовано для измерения и других физических величин, предварительно преобразованных в напряжение.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем компенсации температурной погрешности и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения сравнения двух напрял ений.

На чертеже представлена функцистнальная схема предложенного устройства для измерения высокого напряжения .

Устройство содержит источник монохроматического излучения 1, делитель 2 светового потока, поляризаторы 3 и 4, ячейку 5 Керра, электрический вход которой соединен с клеммами 6 и 7 для подключения первого источника напряжения, ячейку 8 Керра, электрический вход которой соединен с клеммами 9 и .10 дл подключения второго источника напряжения, дихроичное зеркало 11, анализатор 12, фото.приемник 13, вспомогательные зеркала 14 и 15. Делитель 2 светового потока установлен между выходом источника 1 монохроматического излучения и входами поляризаторов 3 и 4, оси поляризации которых ориентированы взаимно перпендикулярно. Световой вход ячейки 5 Керра оптически связан с выходом поляризатора 3, а световой вход ячейки 8 Керра - с выходом поляризатора 4. Дихроичное зеркало 11 оптически связано по прозрачному входу с выходом ячейки 5 Керра, по отражающему входу - с выходом ячейки 8 Керра, а по выходу - с входом анализатора 12, ось поляризации ко/ сО

торого ориентирована под углом 4Ь к осям поляризации обоих поляризаторов. Вход фотоприемника 13 оптически связан с выходом анализатора 12, Вспомогательные зеркала 14 и 15 обеспечивают организацию соответствующих оптических связей.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии световой поток с круговой поляризацией от

733252

источника 1 монохроматического излучения попадает на делитель 2 и делится им на две равные части также с круговой поляризацией. Одна часть 5 светового потока поступает на поляризатор 3, а вторая, отражаясь от зеркала 14, - на поляризатор 4. Так как оси поляризации их взаимно перпендикулярны, то плоскости поляризации световых потоков после поляризаторов 3 и 4 также оказываются взаимно перпендикулярными и попадают на световые входы ячеек 5 и 8 Керра. Ячейки 5 и 8 Керра установлены так, что их электроды перпендикулярны плоскостям поляризации входных световых потоков. Это обеспечивает параллельность плоскостей поляризации проходящих через ячейки

Q 5 И 8 Керра световых потоков и

электрических полей, возникающих в них при приложении напряжений к электродам. Однако в исходном состоянии напряжения к электродам не

5 приложены, и с выходов ячеек 5 и 8 Керра выходят световые потоки с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. С выхода ячейки 5 Керра сввтовой поток поступает на дихроичное зеркало 11 со стороны пропускания, а с выхода ячейки 8 Керра, отражаясь от зеркала 15, - со стороны отражения. В результате после дихроичного зеркала 11 получается суммарный световой поток, составляющие которого имеют взаимно перпендикулярные плоскости поляризации. Кроме того, в результате идентичности ячеек 5 и 8 Керра и соответствующей установки остальных оптических элементов после делителя.2 светового потока до дихроичного зеркала 11, обеспечивающих равную оптическую длину путей двух световых

потоков, колебания электрической

5 f „S(и магнитной) составляющей обоих

слагаемых и в световом потоке после дихроичного зеркала 11 оказываются синфазными.

Оптические длины путей этих световых потоков могут быть и неравными, но отличаются на целое число длин волны светового потока.

Таким образом, после дихроичного 5 зеркала 11 в результате сложения двух световых потоков с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации без сдвига фаз образуется ли3 , 1

нейно поляризованный световой поток с плоскостью поляризации, расположенной под углом 45 (по диагонали) к плоскостям поляризации слагаемых световых потоков, который попадает на анализатор 12 с плоскостью поляризации, перпендикулярной плоскости поляризации падающего светового потока. В результате световой поток через анализатор 12 не проходит и на фотоприемник 13 не попадает.

При измерении одного напряжения оно прикладывается к электродам одной из ячеек Керра, например ячейки 5 . В результате этого пропорционально приложенному напряжению изменяется коэффициент преломления активного вещества ячейки 5 Керра для светового потока с плоскостью поляризации, перпендикулярной электродам. Изменяется оптическая длина пути светового потока, прошедшего через ячейку 5 Керра, и вносится сдвиг фазы этого светового потока по отношению к световому потоку, прошедшему через ячейку 8 Керра. Плоскость поляризации светового потока после дихроичного зеркала 11 разворачивается и проходит через фазы круговой и эллиптической поляризации в зависимости от величины приложенного к ячейке 5 Керра напряжения. Световой поток на выходе анализатора 12 изменяет интенсивность, и выходной электрический сигнал фогоприемника 13 зависит от величины измеряемого напряжения.

33254

При изменении температуры окружающей среды изменяется температура активного вещества обеих ячеек 5 и 6 Керра. Одновременно одинаково 5 изменяются оптические длины путей обоих световых потоков и тем самым исключается погрешность измерения напряжения от изменения температуры.

Q При подаче напряжений на электроды ячеек 5 и 8 Керра при их равенстве одинаково изменяются оптичес- кие длины путей обоих световых потоков и сдвиг фаз их отсутствует. В

с результате на выходах анализатора 12 и фотоприемника 13 сигналы также отсутствуют, .если подаваемые на электроды ячеек 5 и 8 Керра напряжения различны, например на ячейке 5

Q Керра напряжение больше, то различны и оптические длины путем световых потоков. При этом разность их зависит от разности напряжений, и на выходах анализатора 12 и фотоприем5 ника 13 появляются сигналы, также зависящие от разности приложенных к ячейкам 5 и 6 Керра. напряжений.

Таким образом, предложенное устройство характеризуется повьш1енной точностью измерения напряжения в результате исключения погрешности из-за изменения температуры окружающей среды. Кроме того, данное устройство позволяет сравнивать два напряжения, например производить их сложение или вычитание.

Г

%

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ ШPEHИЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее источник монохроматического излучения, первый поляризатор, первую ячейку Керра, световой вход которой оптически связан с выходом первого поляризатора, а электрический вход соединен с клеммами для подключения первого источника напряжения, анализатор, фотоприемник, вход которого оптически связан с выходом анашизатора, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения путем компенсации температурной погрешности и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения сравнения двух напряжений, в него введены делитель светового потока, дихроичное зеркало, второй поляризатор и вторая ячейка Керра, причем делитель светового потока установлен между выходом источника монохроматического излучения и входами обоих поляризаторов, оси поляризации которых ориентированы взаимно перпендикулярно, дихроичное зеркало оптически связано с S по прозрачному входу с выходом одной ячейки Керра, по отражающему (Л входу - с выходом другой ячейки Керра, а по выходу - со входом анализатора, ось поляризации которого ориентирована под углом 45 к осям поляризации обоих поляризаторов, световой вход второй ячейки Керра оптически связан с выходом второго поляризатора, а электрический вход соединен с клеммами для подключения второго источника напряжения.